專利名稱：一種大型曲面柔性檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及曲面檢測裝置，尤其涉及ー種大型曲面柔性檢測裝置。
背景技術(shù)：
隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，許多行業(yè)的構(gòu)件大量采用了復(fù)雜曲面。在產(chǎn)品開發(fā)中，零件的復(fù)雜曲面和模具型面的數(shù)字化建模和三維檢測是進行產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量控制的前提和基礎(chǔ)，具有重要的意義。三坐標(biāo)測量機雖然測量效率很低還 需要數(shù)控編程，至今仍是エ業(yè)中最常用而可靠的三維幾何測量裝備。然而對于大型零件，如汽車覆蓋件、船槳、水輪機葉片、風(fēng)カ發(fā)電機葉片、大型拋物面天線、飛機模具等，由于受尺寸和重量限制，很難將其搬到測量室三坐標(biāo)測量機上進行測量，目前主要采用激光跟蹤儀、經(jīng)緯儀、模板模線對零件的一些關(guān)鍵點進行測量。這些測量方法速度慢、檢測操作繁瑣，而且只能測量零件少量關(guān)鍵點位置，無法滿足全尺寸反求設(shè)計和在生產(chǎn)現(xiàn)場檢測在制件的需求。譬如不銹鋼材質(zhì)的大型水輪機導(dǎo)葉，體積巨大而笨重，雙面都為非規(guī)則復(fù)雜三維曲面，在鑄件檢測和機加工中間檢測中，采用傳統(tǒng)的立體樣板和光電經(jīng)緯儀進行檢測，檢測效率和精度很低(甚至達不到毫米級)，而且由于一次加工可能達不到最終要求，不得不在機床上局部修正加工后吊離到機外再檢測，如此多次反復(fù)。基于機器視覺的三維測量技術(shù)近年逐漸步入エ業(yè)應(yīng)用，其中基于雙目視覺直接攝取被測物體圖像而計算物體特征點三維坐標(biāo)的被動式三維信息獲取技術(shù)尚未達到精密測量實用階段，而基于結(jié)構(gòu)光掃描法或激光自動聚焦法的主動式三維信息獲取技術(shù)已經(jīng)形成ー些成熟的測量儀器，例如北京天遠三維科技有限公司的OKIO系列、上海數(shù)造公司的3DSS系列三維測量儀，可用于對物體表面進行數(shù)字化三維測量，而且儀器可安裝在測量室外環(huán)境使用。但是這類儀器對被測表面粗糙度、反光性率、傾角很敏感，對光亮金屬表面測量效果很差；存在陰影遮擋效應(yīng)，易于丟失數(shù)據(jù)；掃描得到的數(shù)據(jù)量極大，需要專門的反求數(shù)據(jù)處理軟件，部分曲面邊緣和結(jié)合部分還需要人工修理；對于特征點不足的被測表面，需要人エ輔貼許多標(biāo)識；對于大型物體表面測量，需要分塊局部掃描再拼合，檢測精度不高而且檢測效率低。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本實用新型提供ー種高精度、高效率，操作簡便易行的大型曲面柔性檢測裝置。其具體技術(shù)方案如下ー種大型曲面柔性檢測裝置，包括處理系統(tǒng)、導(dǎo)軌、滑臺、立柱、檢測網(wǎng)架、滑臺驅(qū)動裝置；所述立柱設(shè)置在滑臺的兩側(cè)，檢測網(wǎng)架通過立柱設(shè)置于滑臺的上方。所述檢測網(wǎng)架包括外框、縱向?qū)О濉M向?qū)О?、縱向定位模板、橫向定位模板、傳感器支座，所述傳感器支座與橫向定位模板滑動連接。所述滑臺上設(shè)置有用夾持零件的夾具。[0009]所述檢測網(wǎng)架與立柱之間通過可調(diào)托座活動連接。所述傳感器支座上設(shè)置有Z向位移測量裝置。所述Z向位移測量裝置包括，線性驅(qū)動單元、位移傳感器、接觸顯示器、位移顯示器以及位移信號輸出接ロ。所述傳感器支座上還設(shè)置有鎖定機構(gòu)。所述處理系統(tǒng)包括傳輸及控制器、數(shù)據(jù)及圖形處理器。所述位移傳感器為接觸式傳感器或非接觸式傳感器。需要說明的是，接觸顯示器若采用非接觸式位移傳感器時則無。所述檢測網(wǎng)架可以為單行檢測架。本實用新型的有益效果是(I)測量效率高并且有高的測量精度。本實用新型檢測網(wǎng)架上設(shè)置有活動的傳感器支座，并在傳感器支座上組合設(shè)置有多個位移傳感器，多傳感器可以同時工作，一次性高效率地獲得整個被測大型曲面上所需全部測量點的三維數(shù)值，而各個位移傳感器可以互不干擾地獲得零件的高精度測量值。(2)柔性化的操作機制，適應(yīng)性好。本實用新型根據(jù)所需測量要求而非定間隔地柔性組合多傳感器，可以對同一被測曲面的不同區(qū)域取得不同密集度的測量數(shù)據(jù)，還可以單個或部分位移傳感器同時工作，進行曲面上單點或局部測量。(3)通用性好，可實現(xiàn)在機檢測。本實用新型的檢測系統(tǒng)對受檢大型曲面沒有材質(zhì)、顔色、形狀、尺寸的特定限制，有很好的通用性，而且可以利用大型加工機床的滑動工作臺作為檢測平臺，實現(xiàn)零件在機加工/檢測一體化。(4)本實用新型檢測網(wǎng)架活動可調(diào)。提出非定距行列式排布位移傳感器并可靈活變位和變數(shù)量、同時或分時獲取被測曲面上多點位置信息的方法，達到對大型曲面整體或分塊檢測其幾何形狀和尺寸的目的，取得高精度和高效率的測量效果，而且不拘泥于在閉式測量室操作，可在車間地面甚或加工機床上實施。(5)操作簡單，自動化程度高，測量成本低，無公害。本實用新型檢測系統(tǒng)的硬件和軟件都相當(dāng)簡單，制造成本低；不同受檢零件只需快速更換定位模板，容易操作，而且可以實現(xiàn)較高程度的自動化；使用中無需消耗中間介質(zhì)，測量成本低廉，而且不產(chǎn)生有害水、氣、光、輻射等污染。

圖I為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I檢測網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為Z向位移測量裝置及其安裝結(jié)構(gòu)示意具體實施方式
下面對本實用新型的具體實施方式
作進ー步詳細(xì)的說明，但本實用新型的實施方式不限于此。[0029]如圖I、圖2所示。本實用新型大型曲面柔性檢測裝置，包括處理系統(tǒng)、導(dǎo)軌5、滑臺3、立柱6、檢測網(wǎng)架、滑臺驅(qū)動裝置4 ;所述立柱6設(shè)置在滑臺3的兩側(cè)，檢測網(wǎng)架通過立柱6設(shè)置于滑臺3的上方。所述滑臺3上設(shè)置有用于夾持零件I的夾具2。所述檢測網(wǎng)架的外框8與立柱6之間通過可調(diào)托座7活動連接。所述處理系統(tǒng)包括傳輸及控制器20、數(shù)據(jù)及圖形處理器21。地面22。如圖3圖4所示。所述檢測網(wǎng)架包括外框8、縱向?qū)О?、橫向?qū)О?0、縱向定位模板12、橫向定位模板13、傳感器支座11,所述傳感器支座11與橫向定位模板13滑動連接。所述傳感器支座11上設(shè)置有Z向位移測量裝置。所述傳感器支座11上還設(shè)置有鎖定機構(gòu)14。如圖5所示。所述Z向位移測量裝置包括，線性驅(qū)動單元15、位移傳感器16、接觸顯示器17、位移顯示器18以及位移信號輸出接ロ 19。所述位移傳感器16為接觸式傳感器或非接觸式傳感器。所述接觸顯示器若采用非接觸式位移傳感器時則無。本實用新型工作原理如下·首先將被測零件I用與之匹配的夾具2安裝在滑臺3上，受檢曲面朝上并使之相對滑臺指定基準(zhǔn)準(zhǔn)確定位；滑臺驅(qū)動裝置4可驅(qū)動滑臺3沿導(dǎo)軌5移動，使被測的零件能滑出檢測網(wǎng)架遮擋區(qū)域而翻轉(zhuǎn)變換受檢面。對于大型加工機床，其滑動工作臺可作為本發(fā)明中的檢測滑臺使用?；_3兩側(cè)的立柱6，用于安裝檢測網(wǎng)架。立柱6與滑臺3有相對定位。立柱6上的可調(diào)托座7，使檢測網(wǎng)架可呈水平安裝并相對被測曲面而定高和確定前后左右位置。檢測網(wǎng)架也可以傾斜安裝以適應(yīng)不同方位曲面的測量。兩個縱向?qū)О?固定在檢測網(wǎng)架的兩對邊框上，視檢測網(wǎng)架的外框8大小可在中間增設(shè)與縱向?qū)О?平行的加強板以滿足檢測網(wǎng)架的外框8剛度要求。若干塊橫向?qū)О?0 (其數(shù)量視檢測需要而定)正交安裝在縱向?qū)О?上面，若干個傳感器支座11 (其數(shù)量視檢測需要而定)安裝在橫向?qū)О?0上并可滑動。傳感器支座11在橫向?qū)О?0上的間距和橫向?qū)О?0在縱向?qū)О?上的間距分別用縱向定位模板12和橫向定位模板13快速確定(根據(jù)零件的被測面上所要求的測量點位置而制作定位模板，對不同的受檢零件只需快速更換定位模板)。鎖定機構(gòu)14用于固定定位模板。每個傳感器支座11上安裝有ー套Z向(與檢測網(wǎng)架框平面垂直方向)位移測量裝置，可采用接觸式、非接觸式兩種類型。如上所示，每套Z向位移測量裝置主要由線性驅(qū)動單元15、位移傳感器16、接觸顯示器17、位移顯示器18以及位移信號輸出接ロ 19組成。位移傳感器16的端部為小直徑半球狀觸頭。在開始測量之前，所有的位移傳感器16都保持在初始預(yù)定高度(懸于被測零件的表面之上)；開始測量后，各自在線性驅(qū)動單元15驅(qū)動下垂直下移，當(dāng)其觸頭接觸到被表面時，接觸顯示器17給出接觸顯示(譬如亮燈)，線性驅(qū)動單元15暫停動作，位移顯示器18 (譬如數(shù)顯或指針)顯示位移值并通過位移信號輸出接ロ 19輸出表征位移量的模擬或數(shù)字信號；傳輸及控制器20采集位移信號并輸入計算機，同時觸發(fā)線性驅(qū)動單元15反向動作，使位移傳感器16上升復(fù)位。數(shù)據(jù)及圖形處理器21對采集到的信號進行儲存和計算，生成數(shù)據(jù)和圖形檢測報告。視檢測網(wǎng)架上Z向位移測量裝置的多少和測量讀數(shù)、滑臺驅(qū)動等操作自動化程度要求，傳輸及控制器20可以有不同結(jié)構(gòu)，典型的電路主要包括計算機、PLC、觸發(fā)器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、多路開關(guān)、顯示屏、串/井口通訊模塊等器件，由計算機控制PLC，繼而控制滑臺3的滑入滑出、單個或局部或全部傳感器的動作以及顯示器的顯示、測量信號的采集與傳輸。數(shù)據(jù)及圖形處理器21安裝在計算機里。如果采用非接觸式傳感器，可以是基于光或超聲波或視覺圖像等原理的測距傳感器(每個傳感器支座11上垂直安裝ー套)。測距傳感器在受控觸發(fā)時工作，測量自身發(fā)射頭與被測表面之間的距離，由位移顯示器18顯示結(jié)果并通過位移信號輸出接ロ 19輸出表征位移量的模擬或數(shù)字信號。作為ー個特例，也可以考慮將測量網(wǎng)架縮減成單行架，由檢測平臺帶著被測物體移動，對曲面逐行進行檢測。
零件I的測量過程如下如圖3、5所示，先用可調(diào)托座7調(diào)節(jié)檢測網(wǎng)架的高度，再用制作好的橫向定位模板13、縱向定位模板12，實現(xiàn)Z向位移測量裝置的快速排布，并用鎖定機構(gòu)14實現(xiàn)排布后的固定，最后利用線性驅(qū)動單元15實現(xiàn)位移傳感器16的快速復(fù)位；如圖I所示，先用驅(qū)動裝置4將滑臺3從檢測網(wǎng)架下面滑出，然后用夾具2將被檢測的零件I固定在滑臺3上，最后利用滑臺驅(qū)動裝置4將滑臺3滑回檢測網(wǎng)架下面。如圖5所示，先利用線性驅(qū)動單元15實現(xiàn)位移傳感器16的觸頭向下移動，當(dāng)位移傳感器16的觸頭接觸被測的零件I時，接觸顯示器17給出相應(yīng)的信號(譬如對金屬被測物體，位移傳感器觸頭與之接觸時形成閉合電路，指示燈亮)，該信號通過傳輸及控制器20實現(xiàn)位移傳感器16的觸頭停止向下運動。如圖5所示，當(dāng)位移傳感器16的觸頭停止向下運動，位移顯示器18顯示相應(yīng)的位移傳感器16移動的位移量，并通過位移信號輸出接ロ 19輸出。位移信號輸出接ロ 19輸出的數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)及圖形處理器21進行處理，得出被測零件I的幾何形狀及尺寸。如上所述便可較好地實現(xiàn)本專利。
權(quán)利要求1.ー種大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于包括處理系統(tǒng)、導(dǎo)軌、滑臺、立柱、檢測網(wǎng)架、滑臺驅(qū)動裝置；所述立柱設(shè)置在滑臺的兩側(cè)，檢測網(wǎng)架通過立柱設(shè)置于滑臺的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述檢測網(wǎng)架包括夕卜框、縱向?qū)О?、橫向?qū)О?、縱向定位模板、橫向定位模板、傳感器支座，所述傳感器支座與橫向定位模板滑動連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述滑臺上設(shè)置有用夾持零件的夾具。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述檢測網(wǎng)架與立柱之間通過可調(diào)托座活動連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述傳感器支座上設(shè)置有Z向位移測量裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述Z向位移測量裝置包括，線性驅(qū)動單元、位移傳感器、接觸顯示器、位移顯示器以及位移信號輸出接ロ。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述傳感器支座上還設(shè)置有鎖定機構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述處理系統(tǒng)包括傳輸及控制器、數(shù)據(jù)及圖形處理器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大型曲面柔性檢測裝置，其特征在于所述位移傳感器為接觸式傳感器或非接觸式傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種大型曲面柔性檢測裝置，包括處理系統(tǒng)、導(dǎo)軌、滑臺、立柱、檢測網(wǎng)架、滑臺驅(qū)動裝置；所述立柱設(shè)置在滑臺的兩側(cè)，檢測網(wǎng)架通過立柱設(shè)置于滑臺的上方；所述檢測網(wǎng)架包括外框、縱向?qū)О濉M向?qū)О?、縱向定位模板、橫向定位模板、傳感器支座，所述傳感器支座與橫向定位模板滑動連接。本專利結(jié)構(gòu)簡單制造成本低；對受檢曲面沒有材質(zhì)、顏色、形狀、尺寸的限制；不同受檢零件只需快速更換定位模板，容易操作，而且可以實現(xiàn)較高程度的自動化；使用中無需消耗中間介質(zhì)，測量成本低廉；不會產(chǎn)生有害水、氣、光、輻射等污染。
文檔編號G01B21/00GK202452962SQ201220022209
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者全燕鳴, 畢齊林 申請人:華南理工大學(xué)